Ako funguje elektromotor?

Keď pripojíte elektromotor na zdroj elektrickej energie, zmení sa táto energia na mechanickú energiu.

Ako funguje generátor elektriny?

Funguje presne opačne ako elektromotor. Keď elektromotor prinútime točiť sa, bude generovať elektrickú energiu. Deje sa to preto, že sa cievky elektromagnetov v jeho vnútri pohybujú v magnetickom poli permanentného magnetu. Týmto pohybom sa v cievkach generuje elektrická energia.

Elektromotorček spredu 

Elektromotorček zozadu 

Elektromotorček zboku

Motor sa skladá zo statora a rotora. Stator je to, čo sa neotáča a rotor je samozrejme časť motora, ktorá sa točí. Na nasledovnom obrázku uvidíte motor z vnútra.

Úplne hore  na obrázku pod zápalkou vidíte rotor. Je to oska, okolo ktorej sa rotor otáča a trojcípe, zlepené plechové jadro, na ktorom je namotaný medený polakovaný drôt. Celý rotor je vlastne trojica elektromagnetov, ktoré sa otáčaním striedavo zapínajú a vypínajú.

Vľavo dole je stator. V jeho vnútri je kruhový permanentný magnet, ktorý vytvára protisilu elektromagnetom. Niektoré motory majú aj v statore elektromagnet.

Vpravo dole je zadný kryt motora spolu s elektródami, ktoré striedavo prenášajú elektrickú energiu zo zdroja na jednotlivé elektromagnety.

Zapojenie generátora.

V praxi sa generátor otáča pôsobením nejakej mechanickej sily:

• veterná vrtuľa
• vodná turbína
• naftový motorový generátor
• parný generátor 

My budeme pre jednoduchosť poháňať generátor elektrickým motorčekom. Čiže zapojenie vyzerá tak, že sme spojili dve osky elektromotorov(napríklad bužírkou z izolácie hrubšieho kábla). Jeden z motorčekov slúži ako pohon generátora a druhý energiu vyrába.

Celé zapojenie vidíte na obrázku vyššie. Motor vpravo poháňame dvomi tužkovými batériami. Motorček vľavo slúži ako generátor elektriny a rozsvecuje červenú LED diódu. Pozor, dióda svieti len ak je zapojená v priepustnom smere (podľa toho, na ktorú stranu sa točí generátor).

Dióda začne svietiť  ak generátor vytvorí dostatočné napätie, čo je asi 1,6V. Pri tomto zapojení to nie je problém. Diódu dokážete rozsvietiť aj keď osku generátora silno roztočíte rukou.

Záver

V tomto experimente si môžete vyskúšať premenu elektrickej energie na mechanickú a naopak. Toto zapojenie umožnilo rozvoj elektrotechniky a aj v dnešnej dobe stojí ako základ pri výrobe elektrickej energie.

Zhotovenie laboratórneho káblika z vodiča a dvoch krokosvoriek. Na kompletizáciu budete potrebovať kliešte (kombinačky) na stlačenie úchytu káblika ku krokosvorke a orezávací nožík na odblankovanie asi 7mm káblika z obidvoch strán.

Po zhotovení dvoch laboratórnych káblikov budete mať k dispozícii: 2 x laboratórny káblik [1],[2], držiak AA batérie [3], tužkovú batériu [4], žiarovku [5], objímku na žiarovku [6]

Vložte batériu [4] do držiaka batérie [5]. Stranu batérie, ktorá je označená symbolom mínus, vložte na stranu držiaka batérie, kde je strunka.

Zaskrutkujte žiarovku [5] do držiaka žiarovky [6].

Propojte kábliky [1] a [2] k držiaku batérie.

Pripojde kábliky [1] a [2] ku koncovkám držiaka žiarovky. A máte to hotové, žiarovka by mala svietiť.

 názov 

Príprava elektrolytu: 

Slaný vodný roztok sa volá elektrolytický roztok. Elektrolytický roztok pripravíte z čistej vody a kuchynskej soli. Rozmiešajte vo vode toľko soli, koľko je len možné. Jednoducho do vody pridávajte soľ a miešajte až dovtedy, pokiaľ sa soľ rozpúšťa. Prebytočnú soľ odstráňte. Takto pripravený roztok sa volá nasýtený.

Chemické zloženie vody a soli:

- čistá voda H₂O (2 atómy vodíka a 1 atóm kyslíka)

- kuchynská soľ NaCl (1 atóm sodíka a 1 atóm chlóru) kuchynská soľ obsahuje aj nepatrné množstvo iných prímesí, ako napr. jód, ale tie zanedbáme.

Na obrázkoch nižšie vidíte kryštál kuchynskej soli a jej atómovú štruktúru. Zelené sú atómy chlóru a fialové sú atómy sodíka.

Potrebný materiál: 

- dva vodiče

- dve krokosvorky

- uhlíkovú tuhu

- lakmusový papierik

- 3 tužkové batérie (vrátane troch držiakov batérií), alebo jednu 9V batériu Ja dávam prednosť tužkovým-nabíjacím batériám, lebo je to lacnejšie. Nabitie tužkovej batérie stojí menej, ako jeden halier, čiže vlastne nič.

- nádobu na roztok

Pracovný postup: 

Uhlíkovú tuhu rozlomte na dve polovice, budete ich používať ako elektródy. Uhlíková elektróda má veľkú výhodu v tom, že takmer vôbec nekoroduje, takže sa hojne používa aj v priemysle.

Vytvorte zapojenie podľa schémy, pripojte ho na batérie a potom elektródy ponorte do slaného roztoku tak, aby sa  nedotýkali a tiež, aby krokosvorky neboli namočené v roztoku (inak vám experiment znečistia).

Po vložení uhlíkových elektród do slaného roztoku začnú v okolí elektród unikať bublinky. V okolí elektródy, ktorá je pripojená ku kladnému pólu batérie uniká viac  bubliniek. Je to chlór. V okolí elektródy, ktorá je pripojená k zápornému pólu batérie uniká menej bubliniek. To je vodík.

!!!POZOR!!! Chlór je toxický bojový plyn, takže ho nedýchajte a experiment robte na otvorenom priestranstve!!!

2NaCl + 2H₂O -> Cl₂ + H₂ + 2NaOH

Z chemickej rovnice je zjavné, že vzniká rovnaké množstvo chlórových aj vodíkových molekúl. Chlórových bubliniek sa zdá viac preto, lebo molekuly chlóru sú oveľa väčšie ako molekuly vodíka.

Z experimentu taktiež vyplýva, že vzniká hydroxid sodný (NaOH). Je to zásaditá látka a o jej existencii sa presvedčíte lakmusovým papierikom, mal by sa sfarbiť do modra až zelena. V slanej vode, do ktorej ste ešte nepripájali elektródy sa lakmusový papierik nesfarbí. Slaná voda nie je ani kyslá ani zásaditá. Zmení sa na zásaditú až vznikom NaOH (hydroxidu sodného) pri elektrolýze.

Čo sa deje z hľadiska elektriny:

V slanom roztoku sa molekula soli NaCl rozštiepi na kladne nabitý ión sodíka Na⁺ a záporne nabitý ión chlóru Cl^-.

1. Dva záporné ióny chlóru Cl^- sú priťahované kladnou elektródou, kde odovzdajú dva elektróny a vznikne z nich molekula chlóru Cl₂.

2Cl^- -> Cl₂ + 2e^-

2. Kladný ión sodíka je priťahovaný zápornou elektródou a tam prebiehajú nasledovné reakcie, pričom príjme dva elektróny.

2Na⁺ + 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2NaOH

Zhodnotenie:

V tomto experimente zabezpečujú ióny atómov vodivosť kvapaliny. Ióny vlastne nahradzujú elektróny, ktoré vedú elektrický prúd v kovoch.

Elektrolýza sa v priemysle používa veľmi často a budeme sa jej ešte venovať (pokovovanie materiálov, výroba chemických látok, batérie a akumulátory, ...).

Elektrický prúd z batérie preteká hliníkovým klincom do žiarovky ktorá svieti. Hliník je vodič elektrického prúdu.

V tomto prípade preteká elektrický prúd z batérie cez medený klinec do žiarovky, ktorá taktiež svieti. Žiarovka svieti rovnakou intenzitou ako v predchádzajúcom príklade, nižšia intenzita, ktorú vidíte na obrázku je spôsobená iným osvetlením pri fotení. Meď je jeden z najlepších elektrických vodičov a nachádza sa vo väčšine elektrických vodičov (káblov).

Aj železný klinec je pomerne dobrý vodič elektrického prúdu. Asi ste si všimli že sme zatiaľ vybereli hlavne kovy, ktoré sme pripájali do elektrického obvodu. Áno kovy sú dobré vodiče elektrického prúdu. Môžete si to vyskúšať aj doma na rôznych kovových predmetoch.

Ak pripojíme do obvodu kúsok drievka, napríklad špajdlu, žiarovka nebude svietiť. Suché drevo nie je dobrým vodičom elektrického prúdu.

Žiarovka na rozdiel od svetelnej diódy svieti aj keď zmeníme polaritu zapojenia batérie. Všimnite si na obrázku ako sme zmenili zapojenie. Keď budete robiť tento experiment otočte batériu aj s držiakom, držiak je mechanicky stavaný tak aby záporný pól batérie bol na strane držiaka kde je strunka.

V prípade ak zapojíme krokosvorku na časť kábla, ktorý je poplastovaný, žiarovka nebude svietiť. Plast je zlým vodičom elektrického prúdu.

V tomto prípade sme pripojili do obvodu žiarovku, ktorej parametre sú 2,5V. To znamená, že má pracovať pod týmto napätím. Už z obrázku je zjavné, že síce svieti ale len veľmi slabo. Vlákno žiarovky sa nerozžeraví dostatočne.

Ak do obvodu pripojíme dve batérie dosiahneme, želané napätie a žiarovka bude svietiť plnou intenzitou. Pozor na správnu polaritu batérií. Do tohoto obvodu nepripájajte žiarovku ktorá má pracovať pod napätím 1,2V lebo sa zničí. Vlákno by sa tak rozžeravilo, až by sa roztavilo a pretrhlo.

Príprava detektora magnetického poľa: 

  Ak nemáte kompas postačí vám aj malá loďka vo forme drievka, ihly a taniera z vodou.

  Ihlu zmagnetizujte pomocou obyčajného magnetu. Zmagnetizujete ju tak, že k nej priložíte magnet a niekoľkokrát ho po ihle pošúchate.

  Teraz sa  ihla musí správať ako kompas. Jedna jej strana bude ukazovať na sever a druhá na juh. Loďka sa natočí v smere SEVER - JUH. Natočenie nebude správne ak budú v okolí ihly kovové alebo magnetické predmety.

Overenie magnetizmu v okolí vodiča, ktorým preteká prúd:

  Pripravte si dlhší elektrický vodič asi 50cm. A pripojte ho na tužkovú batériu.

!!!POZOR!!! týmto sa batéria dostane do skratu, bude ňou pretekať pomerne veľký prúd a pravdepodobne sa po určitom krátkom čase vybije alebo zničí, takže ju nenechávajte takto zapojenú dlho. A určite na to nepoužívajte drahý nabíjací článok, lebo ten zničíte takmer na 100%.

  Elektrický vodič umiestnite nad ihlu a pozorujte, čo sa deje. Loďka sa vychýli z polohy sever-juh. Teraz okrem magnetizmu zeme na ňu pôsobí aj magnetizmus elektrického prúdu, ktorý preteká vodičom.

Silnejší elektromagnet: 

  Magnetické pole v okolí vodiča je pomerne slabé. Ak ho chceme zosilniť, máme na to niekoľko metód.

1. Ak k vodiču pridáme ďalší vodič magnetické polia sa sčítajú. Podobne ako pri obyčajných magnetoch. Toto najlepšie dosiahneme, ak elektrický vodič navinieme ako cievku.

2. Ak cez vodič prechádza väčší prúd magnetizmus je väčší. Môžeme použiť väčšie napätie, ktoré vo vodiči s konštantným odporom vyvolá podľa Ohmovho zákona (U = R * I) väčší prúd I.

!!!POZOR!!! Ak je odpor malý a napätie veľké hrozí nebezpečenstvo úrazu. Môžete sa popáliť alebo spôsobiť požiar. Môžete zničiť batériu a tá môže podľa jej konštrukcie aj explodovať. !!! Nikdy nepripájajte žiadny experiment do elektrickej zásuvky, určite si ublížite !!!

Takže zvyšovanie napätia v amatérskych podmienkach nie je ten správny nástroj.

3. Na vytvorenie silnejšieho magnetického poľa je veľmi vhodné použiť vo vnútri cievky jadro, napríklad z mäkkého železa. Toto skutočne zvýši silu elektromagnetu tým, že skoncentruje magnetické pole.

Zhotovenie elektromagnetu: 

Potrebujete asi 5cm železnej tyčky z mäkkého železa, inak sa vám železo alebo oceľ zmagnetizuje a už elektromagnet nebude fungovať v pravom slova zmysle, nedokážete ho vypnúť, stane sa z neho permanentný magnet.

Tyčku oblepte obojstrannou lepiacou páskou. Toto je dôležité na to, aby sa vám pri namotávaní cievky nekĺzal drôt zo železnej tyčky dole.

Namotávajte polakovaný medený drôt hrúbky 0,3mm, čo najtesnejšie ako to len ide. Čím tesnejšie tým silnejší elektromagnet.

Zoškrabte (odizolujte) konce polakovaného medeného drôtu a pripojte ho k batérii a elektromagnet je zapnutý. Nenechávajte ho zapnutý dlho!!!

Takto zdvihne batériu.

Ak máte železné piliny položené na papieri a zospodu priložíte elektromagnet, dokážete vytvoriť takéto obrazce. Stačí na papier z boku poklepať a piliny sa usporiadajú.

Zhodnotenie:

Tento experiment je už len malý krôčik k tomu ako prenášať rádiové signály, tie sa tiež prenášajú elektromagnetickým princípom. Postupne sa k tomu dostaneme.